Raggi gamma: la radiazione più forte dell’universo

Tutti hanno sentito parlare dello spettro elettromagnetico. È una raccolta di tutte le lunghezze d’onda e le frequenze della luce, dalla radio e dal microonde all’ultravioletto e alla gamma. La luce che vediamo è chiamata la parte “visibile” dello spettro. Il resto delle frequenze e delle onde sono invisibili ai nostri occhi, ma rilevabili utilizzando strumenti speciali. 

I raggi gamma sono la parte più energetica dello spettro. Hanno le lunghezze d’onda più corte e le frequenze più alte. Queste caratteristiche li rendono estremamente pericolosi per la vita, ma dicono anche molto agli astronomi sugli oggetti che li emettono nell’universo. I raggi gamma si verificano sulla Terra, creati quando i raggi cosmici colpiscono la nostra atmosfera e interagiscono con le molecole di gas. Sono anche un sottoprodotto del decadimento di elementi radioattivi, in particolare nelle esplosioni nucleari e nei reattori nucleari.

I raggi gamma non sono sempre una minaccia mortale: in medicina sono usati per curare il cancro (tra le altre cose). Tuttavia, esistono sorgenti cosmiche di questi fotoni assassini e per molto tempo sono rimasti un mistero per gli astronomi. Rimasero in quel modo fino a quando non furono costruiti i telescopi in grado di rilevare e studiare queste emissioni ad alta energia.

Fonti cosmiche di raggi gamma

Oggi sappiamo molto di più su questa radiazione e da dove proviene nell’universo. Gli astronomi rilevano questi raggi da attività e oggetti estremamente energetici come esplosioni di supernova, stelle di neutroni e interazioni di buchi neri. Questi sono difficili da studiare a causa delle alte energie coinvolte, a volte sono molto luminosi nella luce “visibile” e il fatto che la nostra atmosfera ci protegge dalla maggior parte dei raggi gamma. Per “vedere” correttamente queste attività, gli astronomi inviano strumenti specializzati nello spazio, in modo che possano “vedere” i raggi gamma dall’alto sopra la coltre d’aria protettiva della Terra. Il satellite Swift in orbita della NASA e il telescopio a raggi gamma Fermi sono tra gli strumenti attualmente utilizzati dagli astronomi per rilevare e studiare questa radiazione.

Burst di raggi gamma

Negli ultimi decenni, gli astronomi hanno rilevato raffiche estremamente forti di raggi gamma da vari punti del cielo. Per “lungo”, gli astronomi intendono solo da pochi secondi a pochi minuti. Tuttavia, le loro distanze, che vanno da milioni a miliardi di anni luce di distanza, indicano che questi oggetti ed eventi devono essere molto luminosi per essere visti da tutto l’universo. 

I cosiddetti “lampi di raggi gamma” sono gli eventi più energici e luminosi mai registrati. Possono emettere quantità prodigiose di energia in pochi secondi, più di quella che il Sole rilascerà per tutta la sua esistenza. Fino a poco tempo fa, gli astronomi potevano solo speculare su cosa avesse causato esplosioni così massicce. Tuttavia, recenti osservazioni li hanno aiutati a rintracciare le fonti di questi eventi. Ad esempio, il satellite Swift ha rilevato un lampo di raggi gamma che proveniva dalla nascita di un buco nero che si trovava a più di 12 miliardi di anni luce dalla Terra. Questo è molto presto nella storia dell’universo. 

Ci sono raffiche più brevi, meno di due secondi, che sono state davvero un mistero per anni. Alla fine gli astronomi hanno collegato questi eventi ad attività chiamate “kilonovae”, che si verificano quando due stelle di neutroni o una stella di neutroni o un buco nero si fondono insieme. Al momento della fusione emettono brevi lampi di raggi gamma. Possono anche emettere onde gravitazionali.

La storia dell’astronomia a raggi gamma

L’astronomia a raggi gamma ha avuto inizio durante la Guerra Fredda. I lampi di raggi gamma (GRB) furono rilevati per la prima volta negli anni ‘1960 dalla flotta di satelliti Vela. All’inizio, le persone erano preoccupate che fossero segni di un attacco nucleare. Nel corso dei decenni successivi, gli astronomi hanno iniziato a cercare le fonti di queste misteriose esplosioni puntuali cercando segnali di luce ottica (luce visibile) e ultravioletti, raggi X e segnali. Il lancio del Compton Gamma Ray Observatory nel 1991 ha portato la ricerca di sorgenti cosmiche di raggi gamma a nuovi livelli. Le sue osservazioni hanno mostrato che i GRB si verificano in tutto l’universo e non necessariamente all’interno della nostra Via Lattea.

Da allora, l’osservatorio BeppoSAX, lanciato dall’Agenzia Spaziale Italiana, e l’High Energy Transient Explorer (lanciato dalla NASA) sono stati utilizzati per rilevare i GRB. La missione INTEGRAL dell’Agenzia spaziale europea si è unita alla caccia nel 2002. Più recentemente, il telescopio per raggi gamma Fermi ha esaminato il cielo e ha tracciato gli emettitori di raggi gamma. 

La necessità di un rilevamento rapido dei GRB è la chiave per cercare gli eventi ad alta energia che li causano. Per prima cosa, gli eventi a raffica molto breve si estinguono molto rapidamente, rendendo difficile capire la fonte. I satelliti X possono raccogliere la caccia (poiché di solito c’è un bagliore di raggi X correlato). Per aiutare gli astronomi a concentrarsi rapidamente su una fonte GRB, il Gamma Ray Bursts Coordinates Network invia immediatamente notifiche agli scienziati e alle istituzioni coinvolte nello studio di queste esplosioni. In questo modo, possono pianificare immediatamente le osservazioni di follow-up utilizzando osservatori ottici, radio e a raggi X terrestri e spaziali.

Man mano che gli astronomi studiano più di queste esplosioni, acquisiranno una migliore comprensione delle attività molto energetiche che le provocano. L’universo è pieno di fonti di GRB, quindi ciò che imparano ci dirà anche di più sul cosmo ad alta energia. 

Fatti veloci

  • I raggi gamma sono il tipo di radiazione più energetico conosciuto. Sono emanati da oggetti e processi molto energetici nell’universo. 
  • I raggi gamma possono anche essere creati in laboratorio e questo tipo di radiazione viene utilizzato in alcune applicazioni mediche.
  • L’astronomia a raggi gamma viene eseguita con satelliti in orbita in grado di rilevarli senza interferenze dall’atmosfera terrestre.